EASE建模技术在演播厅扩声系统设计中的应用

【摘要】本文以400平米演播厅为实例，通过声学仿真软件EASE进行测试，综合探讨了分散式、集中式和混合式三种基本的扬声器摆位方案。

【关键词】演播厅 扩声系统 扬声器 EASE 仿真建模

演播厅扩声系统利用电声手段来使现场听众获得声音信息，扬声器作为扩声系统的末级输出端，其配置将直接决定声音信号在现场的重放效果。为了便于采购设备与施工，首先要确定扬声器的数量和摆位方案，避免实际问题出现了再去复工，因此，在软件层面上实现声场模拟就显得尤为重要。

一.演播厅EASE建模实例

EASE的全称是Enhanced Acoustic Simulator forEngineers，即“为工程师应用的增强声学模拟软件”。在该软件中绘制出3D模型，为各个内面铺设好吸声材料，再添置扬声器和测试听音区，即可通过运算来得出复杂的声学参数结果。EASE可以算出的主要声学参数包括：

（1）厅堂混响时间与频率的关系曲线

（2）听音区在不同频率下的直达声声场声压级分布图

（3）听音区在不同频率下的直达声、混响声总声场声压级分布图

（4）扬声器在听音区的瞄准点及声场的等声压级图

（5）显示扬声器在-3dB/-6dB/-9dB覆盖角的声线图

以上计算结果是在扬声器摆位测试中需要用到的参考数据。其中的总声场声压级、声线覆盖图是在扩声系统设计中的重要参考标准。

在实现上述功能之前，第一步要根据实际场地进行建模。实例中的演播厅占地面积约400平方米，舞台区域宽17米，深6.5米，观众区域为8层阶梯构造，最后排距地面高2.4米，长11.3米，观众席两边有约2米宽的走廊连接进出门。如图1即为演播厅的3D模型图，是根据建筑图纸详细绘制出来的。

第二步是听音区的绘制，将听众席（图1所示的台阶）的平面向上拉伸至1.2米处即可得到听音面，因为坐姿中的人耳是大约处在这个高度的。然后在听音面上添设测试点，包括前、中、后、中左、中右、后左、后右7个测试点。在该点上可以计算出相对应的声学参数的结果。如图2所示。

第三步是在EASE中选择与实际情况匹配的吸声材料，各个面上的材料影响着EASE在混响声方面的计算。建模中应用了如下吸声材料：

二 . 杨声器摆位的几种设计思路

该演播厅用于拍摄各类访谈节目和综艺节目，属于语言和音乐兼用扩声系统。音乐的动态范围较大，需要较大的声级。一般的最大声压级应该大于95dB，大的声压级势必需要更大的功率，需要更多的扬声器与功率放大器。但是，在实际中不可能无限度的增加扬声器和功率放大器，要尽可能的合理布置扬声器，让它们发挥出最佳的性能。

1.分散式摆位

在舞台台口两侧或观众席四周分散布置扬声器。由于台口两侧的扬声器的位置相对较低，观众会感觉声音贴的比较近，消除前区观众席声音从舞台上方传来的感觉。分散式摆位声波覆盖面很广，声音的清晰度也较好，但听音区的中间部分声场并不均匀。

2.集中式摆位

将扬声器集中到一个邻近区域、向听众方向辐射的一种安装方式。通常将主扬声器安装在舞台上方。这个位置的可以使声音尽可能覆盖全场，有利于提高观众席的声场均匀度，同时也有利于提高传声增益，但声波的覆盖面仍然存在“死角”，如后排两侧的听区部分。

3.混合式摆位

这种方法是在集中式的基础上加装分散式的扬声器，即补音扬声器。由于观众席横向的长度非常大，导致集中式的主扬声器对后排两侧的直达声辐射不足。因此要选择侧墙的中后位置，加装补音扬声器。

根据以上设计思路，可以分别确定三种对应的方案。方案A（分散式摆位），方案B（集中式摆位），方案C（混合式摆位）。

三.在EASE中模拟测试三种方案

首先是方案A：

方案A直接使用舞台两边的一对HK-VTll5扬声器进行扩声，HK扬声器具有相对较宽的指向特性，在EASE中只需要使其轴线瞄向中间第四排的位置，确定然后向内扭转一定的角度，参考声线覆盖面（如图3所示），进行微调，使之覆盖绝大多数观众席区。然后，再用MAPPING功能计算出总声压级。

由图4可看出，在两个扬声器全部打开，测试频率为1000Hz的情况下，前排最大声压级为112dB，最小声压级为后排的l05dB，差值是7dB。根据《厅堂扩声系统技术指标（GYJ25-86），中频段最大与最小声压级差值应小于6dB为适宜的声压级分布，可见这个方案中的前排和后排的声压级差距明显大了一些，声能分布不均匀。

接下来测试方案B：

如图5所示，在舞台上方集中安装三个主扬声器，首先以y轴为对称轴定位中置扬声器，在中置扬声器的两边加装略微下倾的扬声器，与主扬声器拉开一定的距离，让其指向听音前区，同样可以起到拉声像的作用。原来的主扬声器可调整的稍微上扬一些以照顾后排观众。这样一来，前、后的声能分布就均匀多了。

由图6数据可看出，在三个扬声器全部打开，测试频率为1000Hz的情况下，前排最大声压级为111.75dB，最小声压级为后排的106dB，差值是5dB。这说明相比方案A而言，在保持了同样声压级大小的同时，让最大声压级和最小声压级保持在了6dB的容差以内，在声场均匀方面有很大的改善。

最后测试方案C：

这实际上是在方案B的基础上加装两个补音扬声器的方案，由图6可以看出，由于观众席横向的长度比较大，使得吊装的主扬声器对后排两侧的声压级的直达声辐射不足，所以选择侧墙的中后位置，加装补音扬声器。

以上是根据方案C装好的补音扬声器。令扬声器的指向朝着观众席后排的7、8排的两侧，弥补了主扬声器的不足，再来看一下方案C的总声压级的分布情况。

如图8所示，与方案B相比，方案C的声压级的分布更加均匀。应该说方案B和C都达到了标准，但为了更好的扩声效果，在资金允许的条件下，应该选择方案C为最佳。

四。结论

如EASE的测试结果所示，方案C混合式摆位是考虑的最为全面的方案，既能保证最大声压级的要求，又能实现很好的声场均匀度。通过对上述演播厅建模实例的分析，我们可以确定一套标准的扩声系统设计程序：先在EASE中对演播厅进行建模，在充分了解演播厅用途的基础上设计多个扬声器配置方案，然后用软件进行声场模拟测试，通过测试结果来确定最佳的方案。大型演播厅是电视节目制作的重要场所，体现了一个电视台的技术水准和综合实力，希望本文能为以后的演播厅建设工作提供一些参考意义。